LTPS:被冷藏20年黑科技 被華為重新起用的內幕

日前,眾多黑科技集於一身的華為Matebook Pro 筆記本發佈,媒體和發燒友已經給足了好評。但是隱藏式攝像頭、杜比四揚聲器、按壓式指紋都只是人性化的設計改進,Intel 8代處理器升級也無非是Intel的更新換代而已。

實際上,這款產品之所以能壓制了市面上任一款筆記本電腦,卻是它那張全面屏。屏幕是功耗大戶,分辨率越高月耗電,在重量只有1.33kg,比MacBook 還輕薄機身中,實現3K分辨率、420nit亮度,且省電到足以滿足一天的續航,也只有採用了LTPS技術的屏幕能實現。

可以說,LTPS是一項未來技術,領先蘋果MacBook上的IGZO屏幕整整一代,但因製造成本太高,所以過去只在一些高端旗艦手機上應用,直到華為Matebook Pro才回歸到筆記本電腦上。但LTPS背後,隱藏著黑科技?接下來,LTPS 技術將帶來什麼樣的顯示革命?

LTPS:被冷藏20年黑科技 被華為重新起用的內幕

被冷藏的黑科技 LTPS能做什麼?

LTPS 全稱低溫多晶硅技術,是一種液晶面板製造技術,此外還有IGZO和非晶硅(α-Si)兩種,前者為夏普提出和商業化,後者因工藝簡單,成本低廉而廣泛被各大廠家採用,尤其在廉價手機和筆記本都採用非晶硅技術的屏幕。

LTPS 最初由日本和北美的企業為了降低筆記本顯示屏的能耗而生,上世紀中期,這項技術開始走向試用階段。但此後該項技術卻由於製造難度和成本而未被大規模應用,後來才小範圍地用在高端手機上。

LTPS從研發出來,迴歸筆記本,LTPS被冷藏了超過20年的歷史。現在為何又被應用在華為MateBook X Pro?那是因為LTPS的性能無出其右,遠遠強於蘋果MacBook Pro 上的IGZO技術。不過,要弄清這個優勢,就必須回到技術原點上。

首先,LTPS速度快,而且處於絕對領先的地位。因為快,所以分辨率可以很高,而面板體積卻很小,只有這樣,手機和筆記本才能做的越輕薄、屏幕邊框越小,顯示效果卻越好。所以“快”不是從體驗角度來說的,而是指技術原理。

現在的液晶面板都可以劃分為非晶硅與多晶硅 (Poly-Si) 兩大類,它們最大的差距在於一項特性——電子遷移率。多晶硅的分子結構排列狀態是整齊而有方向性的,像平整的路面可以開客車,而非晶硅則雜亂無章像崎嶇山路,只能讓人通行。理論上多晶硅的電子遷移率要比非晶硅快200-300倍。

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但是,電子遷移率又是什麼鬼?液晶面板的每一個像素都由薄膜晶體管組成電路來單獨控制的,這個電路被集成在每個像素中。

電子遷移率越高,電路就可以做的越小,像素的開口率越大,“開口”顧名思義就是像素顯像的部分沒有被遮擋,有效顯示面積越大,單個像素體積也就能做的越小。在筆記本、手機屏幕上,可以集成的像素點也越多,從而實現更高分辨率。同時,由於電路變小了,透光率高,耗電也隨之降低了。

以前的手機和筆記本分辨率做不高、屏幕做不薄、邊框做不窄,歸根結底是電子遷移率導致開口率不大導致的。

為了改善非晶硅電子遷移率低的問題,夏普等廠家推出了IGZO技術,改善了非晶硅的電子遷移率低的問題,不過,電子遷移率依然只有LTPS的1/2,甚至更低。

下圖是IGZO對非晶硅的開口率改善示意圖,實際應用中,LTPS比IGZO可以更進一步:

LTPS:被冷藏20年黑科技 被華為重新起用的內幕


這就解釋了,為什麼採用LTPS的華為MateBook X Pro實現了3K超高分辨率,但電池容量相近,CPU性能更強大的條件下,續航還能超過採用IGZO技術的蘋果MacBook Pro。而且,華為實現了91.6%屏佔比的全面屏,一定程度上也是拜LTPS技術所賜,相比之下,蘋果MacBook的屏佔比只有86%。

LTPS 可靠制勝

這裡先澄清一個概念,我們經常說的IPS、VA和TN是指液晶屏幕的成像技術。製造技術和成像技術不衝突,不管哪種製造技術的屏幕都可以是IPS、VA或TN中的一種。

非晶硅製造顯示屏的技術最為簡單,所以被廣泛採用。但技術缺點很明顯,由於電子遷移率低,電路佔了像素很大的面積,開口率極低,導致分辨率和亮度無法做得很高。

不過,非晶硅的屏幕很便宜,所以一直被普通的筆記本電腦使用。這就解釋了,為何用戶總抱怨手機都能上2K、上視網膜屏幕了,而筆記本還是萬年不變的、顆粒感明顯的低分辨率屏。

率先打破筆記本屏幕成像不理想的是蘋果,在MacBook Pro上引入了IGZO製造技術的高分屏幕,並賦予了一個容易理解的概念Retina(視網膜)。

IGZO 全程為銦鎵鋅氧化物,IGZO改善了像素中電路的電子遷移率問題。但是其依然是非晶硅技術的改良,性能依然不如LTPS。而且IGZO存在不穩定的缺點,對水、氧氣相當敏感,使用時間過長後可靠與穩定性大幅下降,之前某品牌就爆發過使用IGZO屏幕的電腦出現陰影的問題。

所以要提高筆記本顯示屏的效果,IGZO長期難擔重任。此時,LTPS技術重新被華為帶回了筆記本上。但要大規模將LTPS屏幕應用在筆記本上,卻必先要克服一個技術難題。

LTPS 是一種多晶硅的製造工藝。過去,要製造多晶硅通常需要900攝氏度以上的高溫,而顯示屏的玻璃底板,卻只能承諾650攝氏度左右的溫度。溫度稍高了,玻璃底板就會變形、破裂。

一個妥協的做法是先使用“低溫等離子體增強化學汽相沉積”(PECVD)生長非晶硅,然後採用激光退火的辦法,在很短的時間內提高薄膜溫度,重結晶得到多晶硅。由於使用XeCl激光,良品率低導致成本高昂,過去很長時間裡,只能用在旗艦手機等小屏幕上。

不過,現在LTPS技術在屏幕製造中已逐漸成熟,其長期使用的可靠性也遠勝IGZO。總的來說,與蘋果MacBook Pro 的IGZO屏幕相比,華為MateBook X Pro採用的LTPS技術,確保了屏幕的可靠性,並實現了高分辨率和低功耗

可以預見,在華為開啟了LTPS屏幕技術時代,實現3K超高分辨率與低功耗的屏幕後,將全面革新我們在大屏幕上視覺和續航體驗。想象一下,在筆記本上實現4K、5K的分辨率



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